pidruchnik

більш поширеного з’єднання, яке навантажене силами, що діють в площині стику. Умови навантаження заклепок такого з’єднання подібні умовам навантаження болтів, поставлених без зазору і на вантажених зовнішньою поперечною силою (рис. 4.15). При цьому допускається, що навантаження розподіляється рівномірно між всіма заклепками з’єднання, а сили тертя в стику не враховуються.

Рис. 4.45. Розрахункова схема заклепкового з’єднання

Зазвичай, основні розміри заклепкових з’єднань: діаметр за клепок, відстань між ними, відстань заклепок від краю листа та ін. вибираються за рекомендаціями, виробленими практикою, залеж но від товщини з’єднуваних деталей.

Розглянемо найпростіший однорядний напустковий заклеп ковий шов (рис. 4.45). Найбільш поширеними руйнуваннями тако го з’єднання є зріз заклепок, зминання між заклепкою і листом, ро зрив листа в перерізі, ослабленому отворами, прорізання з краю листів.

Перевірні розрахунки заклепкового шва виконують за такими умовами міцності:

а) на зріз заклепки:

421

де d –діаметр заклепок; р – крок заклепкового шва; е – відстань заклепок до краю листа; δ – товщина листів; F – сила, що діє на фронті одного кроку р; і – кількість площин зрізу; [τ]зр – допустимі напруження зрізу матеріалу заклепки; [σ]зм – допустиме напружен ня зминання матеріалу заклепки або листа; [σ]р – допустиме на пруження під час розтягу матеріалу деталей (листів); [τ]зр΄ – допус тиме напруження під час зрізу матеріалу деталей.

Якщо у наведених умовах міцності прийняти відомі середні

e ≈ 1,5d . Практично приймається: для вказаного шва: діаметр за

рядами заклепок у разі їх шахового розміщення e1 = (2...3)d ; товщи на накладок δ1 = 0,75δ .

Якщо навантаження на з’єднання діє несиметрично відносно центра мас перерізів заклепок, то між заклепками воно розподіля ється нерівномірно . У такому випадку визначається найбільш на вантажена заклепка і оцінюється її міцність за наведеними форму лами (4.74)...(4.77).

422

За цими формулами оцінюється також міцність з’єднання за змінного навантаження, але при цьому допустимі напруження зменшують множенням на поправковий коефіцієнт:

де Fmin і Fmax – найменша і найбільша за абсолютним значенням сили, що діють на заклепки, взяті зі своїми знаками; a=1 і b=0,3 – для з’єднання елементів із маловуглецевих сталей; a=1,2 і b=0,8 – для з’єднання елементів із середньовуглецевих сталей.

Допустимі напруження під час розрахунків міцних заклепко вих швів стальних конструкцій за статичного навантаження для за клепок із сталей Ст0, Ст2 і Ст3 приймають [σ]р = (140…160) МПа; [τ]зр = 140 МПа; [σ]зм = (280…320)МПа у разі просвердлених отворів у деталях. У разі продавлювання отворів допустимі напруження по нижуються на (20...30)%.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Як формується заклепкове з’єднання?

2.Наведіть декілька прикладів конструкцій, де до цього часу вико ристовуються заклепкові з’єднання.

3.Наведіть декілька прикладів типів заклепок і їх використання.

4.Назвіть матеріали із яких виготовляють заклепки.

5.За яким параметром вибирають розміри заклепкового з’єднання?

6.Як заклепкові з’єднання перевіряють на міцність?

7.Як вибирають допустимі напруження для елементів заклепково го з’єднання?

423

4.5. З’єднання з натягом (пресові)

4.5.1. Загальні відомості

З’єднання деталей з натягом виконуються за рахунок сил пружності від їх попередньої деформації, що виникають за різниці посадочних розмірів. Ці з’єднання займають проміжне положення між рознімними і нерознімними, бо за невеликих натягів їх можна розбирати без пошкодження деталей, хоча їх повторне складання не забезпечує первинної надійності з’єднання. За великих натягів розбирання з’єднань може спричинити значні пошкодження пове рхонь контакту і навіть руйнування деталей.

Рис. 4.46. З’єднання з натягом:

а, б, в – з циліндричною поверхнею контакту; г – з конічною

Зазвичай, за допомогою натягу з’єднують деталі з циліндрич ними поверхнями контакту (рис. 4.46а,б,в), рідше – з конічними (рис. 4,46г) і зовсім рідко деталі з’єднують на площині за допомо гою стяжних кілець або планок.

Досить поширене поєднання з’єднання з натягом зі шпонко вим, при цьому з’єднання з натягом може бути основним або до поміжним. У першому випадку ним сприймається більша частка навантаження, а шпонка тільки гарантує міцність з’єднання, у дру гому випадку з’єднання з натягом частково розвантажує шпонку і центрує деталь. Оскільки під час розрахунків таких з’єднань важко точно визначити частку навантаження, яку передає кожне із

424

з’єднань, то вважають, що все навантаження сприймається одним з’єднанням – пресовим чи шпонковим.

Складання з’єднання з натягом може виконуватися: запресову ванням на гідравлічних, гвинтових і важільних пресах; нагріванням охоплюючої деталі; охолодженням охоплюваної деталі; гідрозапресу ванням – нагнітанням у зону контакту мастила, що значно зменшує зусилля для запресовування або випресовування.

Найбільш простим і поширеним є запресовування деталей на гідравлічних, гвинтових і важільних пресах, тому це з’єднання часто називають пресовим. Для зменшення пошкоджень поверхні конта кту їх змащують рослинним мастилом. Швидкість запресовування не має перевищувати 5 мм/с. Основним недоліком цього способу є зминання і частковий зріз нерівностей поверхонь контакту, що зменшує міцність з’єднання (рис. 4.47).

Рис. 4.47. Нерівності поверхонь контакту пресових з’єднань

Під час складання нагріванням температура деталі має бути нижчою від температури низького відпускання, яка становить: для сталей 230...240° С, для бронз 150°...200° С. Нагрівання деталі здійс нюється в мастилі або в спеціальній печі. Цей спосіб забезпечує пі двищення міцності зчеплення більше ніж у 1,5 рази порівняно із запресуванням. Особливо він ефективний за великих довжин з’єднання. Недоліком методу нагрівання є можлива зміна структу ри матеріалу, поява окалини і короблення.

Для охолодження охоплюваної деталі використовується суха вуглекислота (температура випаровування –80° С) або рідким пові трям (температура випаровування –190° С), при цьому деталь має бути ретельно знежиреною. Цей спосіб здебільшого застосовується для встановлення невеликих деталей, наприклад, втулок у масивні корпусні деталі.

Під час гідрозапресування рідке мастило під тиском подається каналами до кільцевої канавки і далі між поверхні контакту. Цей

425

спосіб дозволяє неодноразово розбирати і складати з’єднання без суттєвого зменшення його міцності.

Для з’єднань з натягом рекомендуються такі посадки: H7/р6;

Н7/r6; Н7/s6; Н7/s7; Н7/t6; Н7/u7.

Переваги з’єднань з натягом: простота і технологічність; відсут ність кріпильних деталей; добре центрування деталей; можливість передачі значних навантажень, в тому числі вібраційних і ударних.

Недоліки: складність складання і особливо розбирання; розсі ювання навантажувальної здатності з’єднання, пов’язане з коливан нями дійсних посадочних розмірів у межах допусків і коефіцієнтів тертя; створення високих напружень у з’єднуваних деталях і їх кон центрація біля країв отворів.

4.5.2. Розрахунок з’єднань з натягом

Міцність зчеплення в з’єднанні залежить від величини натягу між з’єднуваними деталями, тому його основний розрахунок полягає у визначенні натягу і відповідної йому посадки. На деталі з’єднання діють додаткові напруження, тому під час проектування слід забезпечити і умови їх міцності.

Значення натягу в з’єднанні визначається залежно від необхідного тиску на поверхнях контакту: він має бути таким, щоб сили тертя, що виникають на цих поверхнях, виявилися більшими за зовнішні зсувні сили.

Тиск на поверхнях контакту по довжині деталей розподіля ється нерівномірно, деяке його підвищення біля країв отвору ви кликане витісненням стиснутого металу від середини отвору в оби два боки (рис. 4.48). Під час розрахунку з’єднання приймається, що тиск розподіляється рівномірно на поверхні контакту і тоді розра хунок зводиться до рішення задачі Ляме про спряження двох цилі ндрів (товстостінних труб).

426

З’єднання може бути навантаженим осьовою силою Fa або моментом Т, або осьовою силою Fa і моментом Т одночасно

(рис. 4.49).

Рис. 4.49. Розрахункова схема з’єднання деталей з натягом, наванта женим осьовою силою і моментом

Під час навантаження осьовою силою Fa умова міцності з’єднання має вигляд:

де f – коефіцієнт тертя (зчеплення); d – діаметр посадочної поверхні; l – її довжина; Sзч – коефіцієнт запасу зчеплення.

Під час навантаження обертальним моментом Т умова міцнос ті з’єднання:

427

Sзч = 2...3 враховує вплив на величину коефіцієнта тертя f різних

факторів: змінність напружень згину вала, нерівномірність розпо ділу навантаження по довжині, фретінг корозію тощо. За наближе них розрахунків міцності з’єднань сталевих і чавунних деталей мо жна приймати середньоймовірні значення: f = 0,08...0,10 – під час складання запресовуванням; f = 0,12...0,15 – під час складання з на гріванням або охолодженням однієї з деталей.

Розрахунковий натяг циліндричного з’єднання (рис. 4.47) до рівнює деформації деталей з’єднання і пов’язаний з тиском на по

де d – посадочний діаметр; d1 – діаметр отвору охоплюваної деталі (вала) (для суцільного перерізу d = 0 ); d2 – зовнішній діаметр охоплюючої деталі (маточини); Е1 і Е2, μ1 і μ2 – модулі пружності і

коефіцієнти Пуассона матеріалів відповідно вала і маточини: для сталі E = 2,1 105 МПа і μ = 0,3; для чавуну E =1,1 105 МПа і μ = 0,25 ; для бронзи E = 0,98 105 МПа і μ = 0,35.

428

Під час складання з’єднання запресовуванням мікронерівності посадочних поверхонь частково зрізуються і обминаються, що при зводить до послаблення розрахункового натягу, для компенсації його вводять поправку:

де Ra1, Ra2 – середні арифметичні відхилення мікронерівностей посадочних поверхонь; Rz1, Rz2 – висота мікронерівностей. Для по верхонь деталей, що з’єднуються з натягом, рекомендується прий мати Ra: 3,2; 1,6; 0,8; 0,4 мкм або Rz: 8...2 мкм.

Якщо з’єднання працює за температури, що значно відрізня ється від температури складання (20° С), за різних коефіцієнтів лі нійного розширення матеріалів деталей, то внаслідок теплових де формацій деталей натяг ослаблюється, що враховується відповід ною поправкою:

де t1 і t2 – температури деталей з’єднання в процесі роботи; d1 і d2 – коефіцієнти лінійного розширення матеріалів деталей: для ста

За цим значенням підбирається стандартна посадка, у якої

для надійності з’єднання найменший натяг Nmin = ei − ES ≥ N , де еі – нижнє відхилення розміру вала; ES – верхнє відхилення розміру

отвору.

Для вибраної посадки визначається сила запресовування при складанні з’єднання:

де p – тиск за найбільшого натягу N вибраної посадки; fпр – ко ефіцієнт тертя у разі запресовування, який приймають для матері

429

алів: сталь – сталь fпр = 0,20 ; сталь – чавун fпр = 0,14 ; сталь – бронза fпр = 0,10 .

Під час складання з’єднання нагріванням температура нагріву охоплювальної деталі:

при складанні охолодженням температура охоплюваної деталі

де S0 – мінімально необхідний зазор, що забезпечує вільне складання, рекомендується приймати рівним мінімальному зазору посадки Н7/g6.

Для уникнення структурних змін в матеріалі охоплювальної деталі температура її нагрівання не має перевищувати температуру низького відпускання: для сталей 230...240° С, для бронз 150...200° С.

4.5.3. Конічні з’єднання з натягом

Ці з’єднання (рис. 4.50) вважаються перспективними та їх ви користання розширюється. Перевагами таких з’єднань порівняно з циліндричними є можливість більш точного контролю натягу (за осьовим натягом) і порівняна легкість монтажу і демонтажу без ви користання спеціального обладнання, що дозволяє багато разів складати і розбирати з’єднання.

Якщо з’єднання виконується без шпонок, то конусність дета лей приймається 1:50 (рідше 1:100). З’єднання зі шпонками зручні для складання – розбирання і виконуються з конусністю 1:10 і затя жкою з допомогою різьби (кінці валів електродвигунів і редукто рів).

Розрахунок конічних з’єднань з натягом зводиться до визна чення моменту Т, який може передати з’єднання за заданих розмі рів і сили Fзат затягування гайки:

430